包装机械设计方案方法改进新思路

1、包装机械设计方法改进新思路信息来源：机械工业网时间：2009-08-261引言我国包装机械行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中 得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还 是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提 供了有力的保障。目前，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大 国之一。包装机械作为一种产品，它的含义不仅仅是产品本身的物质意义，而 是包括形式产品、隐形产品及延伸产品 3层含义。形式产品是指包装 机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指包装机给用户提供的实 际效用；延伸产品是指包装机的质量保证、使用指导和售后服务等。 所以包装机

2、的设计应该包括：市场调研、原理图设计、结构设计、施 工图设计、使用说明书编写及售后服务预案等。2我国包装机械设计的现状包装机械设计的类别主要有：测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。如啤酒灌装生产线生产能力为 1. 64万瓶/h，其 中灌装机的灌装阀工位数从48个、60个、90个到120个就属于系列 化设计。由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开 发性设计。对于中低速运行的包装机，目前我们基本上可以进行自主设计。而高速运行的包装机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿 制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。其主要的原因是：（1）大多数设计人员还没有真正掌

3、握先进的设计方法， 如高速包装机械 的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的动态精度分析等问 题还不能模拟解决；（2）产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果 不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训；（3）整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。在包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设计方法：（1） 根据设计任务书寻找同类机型作为样机；（2）参考样机制定各项技术性 能指标及使用范围；（3）设计工作原理图、传动系统图；（4）设计关键 零件，部件；（5）设计总装图方案和动作循环图；（6）设计部件图、总 装图和零件图；（7）对主要部件中的关键零件进

4、行强度、刚度校核；（8） 设计控制原理图、施工图等。而今，国内一些大学的设计软件，可以对包装机中常用机构进行有限 元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构 CACAM软件已经能够满 足企业进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际包装机械的设计 中应用还不普遍。新型包装机械往往是机、电、气一体化的设备。充分利用信息产品的 最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使 整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。其中的关键技术之一是采用了多电机拖动的同步控制技术。其实掌握 这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解包装机械的这一发展趋 势。如果说以前我国包装机械设计是仿

5、制、学习阶段，那么现在我们 应该有创新设计的意识。3德国包装机械设计的新趋势德国与美国、日本、意大利均为世界包装机械大国。在包装机械设计、 制造、技术性能等方面居于领先地位。德国包装机械的设计是依据市 场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大 型企业服务。为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采 取了诸多措施：(1) 工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活 性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录 取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。(2) 提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包

6、装机械以饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械见长，具有高速、成套、 自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达12万瓶/h，小 袋包装机的包装速度高达900袋/ min。(3) 使产品机械和包装机械一体化。许多产品要求生产之后直接进行包 装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由 一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相 互匹配的问题。适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争， 产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季 度一变，生产量又都很大，因此要求包装机械具有良好的柔性和灵活 性，使包装机械的寿命远大于产品的寿命

7、周期，这样才能符合经济性 的要求。(5)普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德 国包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机 械的开发设计周期。包装机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经 济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备 折旧费只占成本的6%8%,其他的就是运转成本。4包装机械设计方法的改进思路首先在设计理念上要借鉴先进国家的经验，以用户的需求为设计的目 标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多用，或更换少量的 零、部件就可以完成不同的功能，或满足不同的产品需求。随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，客户的需求

8、也越来越高。这 种需求体现在以下几个方面：一是提高生产效率，以满足交货期和降 低生产成本的需要，对一些产品，还要求包装机械和生产机械相衔接； 二是为适应产品更新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性； 三是当设备出现故障时，要求能进行远程诊断服务；四是利于环境保 护，噪声、粉尘和废弃物少；五是设备购置投资尽可能少，价格要尽 可能低。所以，一定要在市场调研的基础上，充分了解、认真分析用 户的需求，确定包装机应该完成的功能和各项技术指标，制订初步的原理设计方案。现代包装机的设计过程应该包括：市场调研、用户需求分析、包装机 功能的确定、可行性论证、制定设计方案、用户效益分析、方案的可 行性论证、

9、原理图设计、结构设计、施工图设计、样机制作（虚拟制造）、 技术验证和施工图修改、制定售后服务预案及远程诊断方案、改进设 计、系列化设计等。市场调研是一切包装机设计的基础工作。没有市场调研，我们所做的 所有设计工作都可能等于零。市场调研，可以根据政策导向、行业供 求信息、专家分析、行业展会、技术交流会等线索，找到用户的需求 信息，并加以整理分析后，确定包装机应该完成的功能。在原理方案设计过程中，首先要充分了解相关的信息产品、电子产品 的功能，了解气动元件的性能，并用以简化机械传动系统，还可采用 多电机拖动来缩短机械传动链。对于必不可少的机械传动系统，应尽 量利用现代化设计手段，在对产品功能分析的

10、基础上，通过创新构思、 系统建模、动力分析、动态优化，从而得到最佳设计方案。技术设计是将原理设计结构化，确定零部件的数量、形状、尺寸、材 料等，对主要部件中关键零件进行动力计算、功率计算、强度计算、 刚度计算。总体设计时，要全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型 设计、人-机环境以及装箱运输等。模块化设计是一种先进的设计方法， 它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能 的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合， 使包装机多功能化、系列化。采用这种方法的优点是：（1）使包装机更 新换代速度加快。因为新机型的替代，往往是局部改进。将先进技术 引进相应

11、的模块，比较容易实现局部改进；（2）缩短设计周期。当用户 提出要求后，只需更换模块，或设计制造部分模块，即可得到新的机 型，满足用户需求；（3）降低成本，便于维修；（4）性能稳定可靠。因 为模块设计时，对包装机的功能划分和模块设计，进行了精心的研究， 保证了模块的性能，如：凸轮机构、伺服机构、检测系统、传动系统、 控制系统、计量机构、下料机构等。另外包装机械系列化、模块化的行业标准，也到了该制定的时候，包 装机械已成为我国十大机械行业之一，而系列化、模块化的行业标准 的制定必将促进我国包装机械行业跨上新的台阶。随着虚拟概念的提出，电子技术、计算机辅助设计（CAD）、三维图形设 计（3D）和计算

12、机仿真设计的同步发展，在设计中采用一种新技术虚拟 设计、虚拟制造，即将各种机器元素数据库存人计算机，把图纸数字 化后输入计算机，计算机即可自动成为三维模型。再把实际生产时的 数据和指标输进去，把各种可能发生的故障输进去，计算机三维模型 即可仿照真实工作情况进行操作，演示出能达到的生产能力，废品数 量、生产线各环节的匹配情况、生产瓶颈等，并可根据客户的意见修 改模型，快速运作，直到客户和设计者满意为止。现代包装机设计应该满足绿色设计，即人性化设计的要求。它是面向 质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。 我国人口众多，人均消费水平比发达国家低，而且城乡差异较大，包 装系统的

13、设计应以价廉物美为主，不能盲目追求高精尖。要考虑到可 靠性、安全性、环保性、低噪音等各方面的因素。充分体现原理优化、 结构优化、制造优化、造型优化。信息來源：機械工業網時間：2009-08-261引言我國包裝機械行業起步於20世紀70年代，在80年代末和90年代中 得到迅速發展。已成為機械工業中的10大行業之一，無論是產量，還 是品種上，都取得瞭令人矚目的成就，為我國包裝工業的快速發展提 供瞭有力的保障。目前，我國已成為世界包裝機械工業生產和消費大 國之一。包裝機械作為一種產品，它的含義不僅僅是產品本身的物質意義，而 是包括形式產品、隱形產品及延伸產品 3層含義。形式產品是指包裝 機本身的具體

14、形態和基本功能；隱形產品是指包裝機給用戶提供的實 際效用；延伸產品是指包裝機的質量保證、使用指導和售後服務等。所以包裝機的設計應該包括：市場調研、原理圖設計、結構設計、施 工圖設計、使用說明書編寫及售後服務預案等。2我國包裝機械設計的現狀包裝機械設計的類別主要有：測繪仿制設計、開發性設計、改進性設計、系列化設計。如啤酒灌裝生產線生產能力為 1. 64萬瓶/h，其 中灌裝機的灌裝閥工位數從48個、60個、90個到120個就屬於系列 化設計。由普通啤酒灌裝生產線到純生啤酒灌裝生產線的設計就屬於改進、開發性設計。對於中低速運行的包裝機，目前我們基本上可以進行自主 設計。而高速運行的包裝機，特別是一些

15、先進機型，大多是測繪、仿 制國外的同類機型，進行國產化設計和系列化設計。其主要的原因是：（1）大多數設計人員還沒有真正掌握先進的設計方法， 如高速包裝機械 的動力學設計理論和方法等，對高速工況下機構的動態精度分析等問 題還不能模擬解決；（2）產、學、研結合不夠緊密，理論上的科研成果 不能及時地在實際設計中運用，設計人員缺乏及時的技術培訓；（3）整個行業缺乏宏觀調控的力度，優勢資源不能得到合理的配置與調整。在包裝機械設計領域，絕大多數設計人員仍沿用以前的設計方法：（1） 根據設計任務書尋找同類機型作為樣機；（2）參考樣機制定各項技術性 能指標及使用范圍；（3）設計工作原理圖、傳動系統圖；（4）設

16、計關鍵 零件，部件；（5）設計總裝圖方案和動作循環圖；（6）設計部件圖、總 裝圖和零件圖；（7）對主要部件中的關鍵零件進行強度、剛度校核；（8） 設計控制原理圖、施工圖等。而今，國內一些大學的設計軟件，可以對包裝機中常用機構進行有限 元分析和優化設計，其開發的凸輪連桿機構 CACAM軟件已經能夠滿 足企業進行凸輪連桿機構自主設計的能力，但在實際包裝機械的設計 中應用還不普遍。新型包裝機械往往是機、電、氣一體化的設備。充分利用信息產品的 最新成果，采用氣動執行機構、伺服電機驅動等分離傳動技術，可使 整機的傳動鏈大大縮短，結構大為簡化，工作精度和速度大大提高。其中的關鍵技術之一是采用瞭多電機拖動的

17、同步控制技術。其實掌握 這種技術並不很難，隻是一些設計人員不瞭解包裝機械的這一發展趨 勢。如果說以前我國包裝機械設計是仿制、學習階段，那麼現在我們 應該有創新設計的意識。3德國包裝機械設計的新趨勢德國與美國、日本、意大利均為世界包裝機械大國。在包裝機械設計、 制造、技術性能等方面居於領先地位。德國包裝機械的設計是依據市 場調研及市場分析結果進行的，其，目標是努力為客戶，尤其是為大 型企業服務。為滿足客戶要求，德國包裝機械制造廠商和設計部門采 取瞭諸多措施：(1) 工藝流程自動化程度越來越高，以提高生產率和設備的柔性及靈活 性。采用機械手完成復雜的動作。操作時，在由電腦控制的攝像機錄 取信息和監

18、控下，機械手按電腦指令完成規定動作，確保包裝的質量。(2) 提高生產效率，降低生產成本，最大限度地滿足生產要求。德國包 裝機械以飲料、啤酒灌裝機械和食品包裝機械見長，具有高速、成套、 自動化程度咼和可靠性好等特點。其飲料灌裝速度咼達12萬瓶/h，小 袋包裝機的包裝速度高達900袋/min。(3) 使產品機械和包裝機械一體化。許多產品要求生產之後直接進行包 裝，以提高生產效率。如德國生產的巧克力生產及包裝設備，就是由個系統控制完成的。兩者一體化，關鍵是要解決好在生產能力上相 互匹配的問題。(4) 適應產制品變化，具有良好的柔性和靈活性。由於市場的激烈競爭， 產品更新換代的周期越來越短。如化妝品生

19、產三年一變，甚至一個季 度一變，生產量又都很大，因此要求包裝機械具有良好的柔性和靈活 性，使包裝機械的壽命遠大於產品的壽命周期，這樣才能符合經濟性的要求。(5) 普遍使用計算機仿真設計技術。隨著新產品開發速度不斷加快，德 國包裝機械設計普遍采用瞭計算機仿真設計技術，大大縮短瞭包裝機 械的開發設計周期。包裝機械設計不僅要重視其能力和效率，還要註重其經濟性。所謂經 濟性不完全是機械設備本身的成本，更重要的是運轉成本，因為設備 折舊費隻占成本的6%8%,其他的就是運轉成本。4包裝機械設計方法的改進思路首先在設計理念上要借鑒先進國傢的經驗，以用戶的需求為設計的目 標，並結合柔性設計、模塊化設計的理念，

20、一機多用，或更換少量的 零、部件就可以完成不同的功能，或滿足不同的產品需求。隨著科學技術的發展及市場競爭的加劇，客戶的需求也越來越高。這 種需求體現在以下幾個方面：一是提高生產效率，以滿足交貨期和降 低生產成本的需要，對一些產品，還要求包裝機械和生產機械相銜接； 二是為適應產品更新變化的需要，包裝機械要具有高的柔性和靈活性； 三是當設備出現故障時，要求能進行遠程診斷服務；四是利於環境保 護，噪聲、粉塵和廢棄物少；五是設備購置投資盡可能少，價格要盡 可能低。所以，一定要在市場調研的基礎上，充分瞭解、認真分析用戶的需求，確定包裝機應該完成的功能和各項技術指標，制訂初步的原理設計方案。現代包裝機的設

21、計過程應該包括：市場調研、用戶需求分析、包裝機 功能的確定、可行性論證、制定設計方案、用戶效益分析、方案的可 行性論證、原理圖設計、結構設計、施工圖設計、樣機制作（虛擬制造）、 技術驗證和施工圖修改、制定售後服務預案及遠程診斷方案、改進設 計、系列化設計等。市場調研是一切包裝機設計的基礎工作。沒有市場調研，我們所做的 所有設計工作都可能等於零。市場調研，可以根據政策導向、行業供 求信息、專傢分析、行業展會、技術交流會等線索，找到用戶的需求 信息，並加以整理分析後，確定包裝機應該完成的功能。在原理方案設計過程中，首先要充分瞭解相關的信息產品、電子產品 的功能，瞭解氣動元件的性能，並用以簡化機械傳動系統，還可采用 多電機拖動來縮短機械傳動鏈。對於必不可少的機械傳動系統，應盡 量利用現代化設計手段，在對產品功能分析的基礎上，通過創新構思、 系統建模、動力分析、動態優化，從而得到最佳設計方案。技術設計是將原理設計結構化，確定零部件的數量、形狀、尺寸、材 料等，對主要部件中關鍵零件進行動力計算、功率計算、強度計算、 剛度計算。總體設計時，要全面考慮整個包裝機系統的佈局、運動協調性、造型 設計、人-機環境以及裝箱運輸等。模塊化設計是一種先進的設計方法， 它的核心思想是將系統根據功能分為若幹模塊，將包裝機中同一功能的單元設計成具有不同性能、可以互換的模塊，通過模塊的不同組合, 使包裝機多功能